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超声波模具设计要求

日期:2019-08-02 23:05
 超声波焊接技术已经广泛应用于金属和塑料焊接技术中,超声波焊接机只能通过更换超声波模具来焊接各种产品。超声波模具又称为焊头,需要根据超声波焊接机的固有频率来设计制作。由于其对结构动力学的高性能要求,传统的模仿和模具修复的设计方法已经不能满足塑料产品不断变化的要求。  
超声波模具
从超声波焊接原理出发,采用有限元方法进行固有频率和模态分析,设计新工装,满足振动能量有效传递和均匀分布的功能要求。

在设计过程中,结合ANSYS的参数化建模、全因素实验设计优化(DOE)和概率设计系统(PDS)模块进行参数化设计和稳健性设计,调整几何尺寸,使焊头的固有频率和超声频率相匹配,相应的模态在工作面具有均匀的振幅,从而减少局部结构应力集中的问题,对材料和环境的参数变化具有较好的适应性。  设计的焊头一次加工后投入使用,避免了反复修整工装造成的时间和成本浪费。  

焊接工装的设计非常重要  许多国内超声设备供应商都生产自己的焊接超声模具,但不少供应商模仿现有的模具,然后不断修整和测试工装,从而通过这种反复调整的方法达到协调工装和设备频率的目的。  通过有限元方法,我公司可以确定超声波模具设计的频率,制造的模具试验结果与设计频率之间的误差不超过1%  同时,引入了DFSS(六西格玛设计)的概念来优化和稳健地设计超声波焊头。  

设计理念是在设计过程中充分收集客户的声音,进行有针对性的设计;此外,提前考虑生产过程中可能出现的偏差,以确保最终产品的质量分布在合理的水平之内。  从设计指标的制定出发,首先根据已有经验的初步设计焊头的结构和外形尺寸,在ANSYS中建立参数化模型,然后用模拟实验设计(DOE)方法确定模型中的重要参数,根据稳健性要求确定数值,然后用子问题法对其他参数进行优化。  

考虑到超声波模具制造和使用过程中材料和环境参数的影响,还进行了公差设计,以满足制造成本的要求。  最后,通过制造和测试检验理论设计和实际误差,达到设计指标并交付使用。  
超声波模具设计
通过有限元方法分析各超声波模具的三维设计,确保产品焊接部位超声波焊头振幅的一致性,从而达到塑料零件最均匀、最稳定的焊接效果。  
蓝色部分代表超声波模具振幅的分布和最大振幅输出点。 
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